畢業(yè)設(shè)計(jì)41二次工作進(jìn)給的液壓動(dòng)力滑臺(tái)的PLC控制系統(tǒng)

攀枝花學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 1 頁 目錄 設(shè)計(jì)題目 . 2 一 PLC系統(tǒng)分析和選擇 . 3 （一） 明確液壓動(dòng)力滑臺(tái)具體操作方式。 . 3 （二） 輸 入 輸 出 設(shè)計(jì) . 3 二 PLC的機(jī)型選擇 . 4 （一） PLC 容量估算 . 4 （二） 用戶存儲(chǔ)容量的估算 . 4 （三） 指令系統(tǒng) . 4 （四） 機(jī)型選擇的其他考慮 . 4 （五 ） 是否在線編程 . 5 三 熟悉小型三菱 PLC-FX-2N 機(jī)型一般技術(shù)指標(biāo) . 5 （一） 硬件指標(biāo) . 5 （二） 軟件指標(biāo) . 6 四 I/O模塊 . 7 （一） 輸入電壓 . 7 （二） 輸出方式的確定 . 7 五 PLC 接線圖及元件選擇 . 8 （一） PLC 接線圖 . 8 （二） 熔斷器的選擇 . 8 （三） 電磁鐵的選擇 . 9 （四） 按鈕開關(guān)的選擇 . 9 （五） 組合開關(guān)的選擇 . 9 （六） 行程開關(guān)的選 擇 . 9 六 輸入輸出口及端口設(shè)備的安全保護(hù) . 9 七 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) . 10 （一） 程序設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作 . 10 （二） 設(shè)計(jì)程序流程圖 . 11 （三） 程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 12 （四） 編寫程序 . 12 （五） 程序測試 . 12 八 其它外圍設(shè)備 . 12 （一） 電機(jī)的選擇 . 12 （二） 主電路的設(shè)計(jì) . 13 九 參考文獻(xiàn)： . 13 十 附錄： . 14 （一） 附錄一：主電路圖 . 14 （二） 附錄二：控制電路圖 . 15 （三） 附錄三：梯形圖 . 16 （四） 附錄四：指令程序 . 18 攀枝花學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 2 頁 設(shè)計(jì)題目 設(shè)計(jì)要求是二次工作進(jìn)給的液壓動(dòng)力滑臺(tái)的 PLC 控制系統(tǒng)。要求能手動(dòng)控制與自動(dòng)控制。手動(dòng)控制能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)，工進(jìn)，快進(jìn)，快退及無條件返回，而自動(dòng)控制能實(shí)現(xiàn)單步，單周期和連續(xù)操作。電機(jī)工作參數(shù)為： 電機(jī) 計(jì)算功率 供電電壓 工作電流 同步轉(zhuǎn)速 動(dòng)力頭電機(jī) M1 11KW 380V 19.9A 1450 液壓泵電機(jī) M2 1.1KW 380V 2.67A 1450 冷卻泵電機(jī) M3 0.15KW 380V 0.43A 2790 工作狀態(tài)如下圖 YA1 YA2 YA3 快進(jìn) + - + 工進(jìn) + - - 暫停 + - 快退 - + - 快進(jìn) 工進(jìn) 暫停 快退 ST1 ST2 ST3 攀枝花學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 3 頁 一 PLC 系統(tǒng) 分析和選擇 要求能手動(dòng)控制與自動(dòng)控制。手動(dòng)控制能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)，工進(jìn)，快進(jìn)，快退及無條件返回，而自動(dòng)控制能 實(shí)現(xiàn)單步，單周期和連續(xù)操作。手動(dòng)控制與自動(dòng)控制可以通過 轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇， 點(diǎn)動(dòng)，工進(jìn)，快進(jìn)，快退可以通過手動(dòng)控制面版選擇。液壓動(dòng)力滑臺(tái)的動(dòng)作過程比較固定，控制過程不復(fù)雜，可以通過置位和復(fù)位指令和一些基本指令來實(shí)現(xiàn) （一） 明確液壓動(dòng)力滑臺(tái)具體操作方式。 手動(dòng)操作 是對滑臺(tái)的每一種動(dòng)作進(jìn)行單獨(dú)控制。例如 當(dāng)選擇快進(jìn)時(shí)，按下起動(dòng) 按鈕 ， 滑臺(tái)快進(jìn)，當(dāng)選擇工進(jìn)時(shí)，按下起動(dòng) 按鈕 ，滑臺(tái)工進(jìn)；當(dāng)選擇快退時(shí)，按下起動(dòng) 按鈕 滑臺(tái)后退 單步操作 每按一次起動(dòng)按鈕，滑臺(tái)完成一步動(dòng)作后自動(dòng)停止。 連續(xù)操作 滑臺(tái)從原點(diǎn)開始，按下起動(dòng) 按鈕 ，滑臺(tái)的動(dòng)作將自動(dòng)地，連續(xù)地周期性循環(huán)。在工作中若按下停止 按鈕 ，則滑臺(tái)動(dòng)作停止。重新起動(dòng)時(shí)，須用手動(dòng)操作方式將滑臺(tái)移回原點(diǎn)，然后按下起動(dòng) 按鈕 ，滑臺(tái)又重新開始連續(xù)操作。 在工作中若按下復(fù)位 按鈕 ，則滑臺(tái)將繼續(xù)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后，回到原點(diǎn)自動(dòng)停止。 單周期操作 按下起動(dòng) 按鈕 從原點(diǎn)開始，按下起動(dòng) 按鈕 ，滑臺(tái)完成一個(gè)周期的自動(dòng)循環(huán)后停止。在工作中若按一下停止 按鈕 ，則滑臺(tái)動(dòng)作停止。重新起動(dòng)時(shí)，須用手動(dòng)操作方式將滑臺(tái)移回原點(diǎn)，然后按下起動(dòng) 按鈕 ，滑臺(tái)又重新開始單周期操作。 無條件返回 扳道轉(zhuǎn)換開關(guān)到無條件返回處，無論液 壓動(dòng)力滑臺(tái)是任何運(yùn)動(dòng)方式，都以快退形式回到原點(diǎn) （二 ） 輸 入 輸 出 設(shè)計(jì) 按照以上要求輸入信號(hào)有：起動(dòng) 按鈕 ，停止 按鈕 ； 快進(jìn)， 工進(jìn)， 點(diǎn)動(dòng) ， 快退和停止限位開關(guān)；操作方式選擇開關(guān)（ 4 位）和手動(dòng)運(yùn)動(dòng)選擇開關(guān)（ 4 位）。圖 是操作面板布置圖。 攀枝花學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 4 頁 二 PLC 的機(jī)型選擇 （一） PLC 容量估算 1 I/O點(diǎn)數(shù)的估算 根據(jù)被 控對象的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的總點(diǎn)數(shù)， 并考慮到今后調(diào)整和擴(kuò)充一般應(yīng)加上 10 15的備用量。因?yàn)橐簤夯_(tái) PLC的總點(diǎn)數(shù)為 22點(diǎn)（ 14 個(gè)輸入點(diǎn)，8個(gè)輸出點(diǎn)），選用 PLC 的 I/O點(diǎn)數(shù)為 32點(diǎn) （二） 用 戶存儲(chǔ)容量的估算 還沒有選擇哪種 PLC 和編程，不知道程序大小，因此采用經(jīng)驗(yàn)法則公式，這個(gè)公式是將 I/O的總點(diǎn)數(shù)乘以一常數(shù)（常數(shù)通常在 3 8之間選?。?， 24*8=192B （三） 指令系統(tǒng) 使用的指令主要應(yīng)包括邏輯指令、運(yùn)算指令和功能指令。 不需要其它功能指令 （四） 機(jī)型選擇的其他考慮 工作環(huán)境不是太惡劣，即環(huán)境溫度在 0 40 度之間；空氣的相對濕度小于 85%，電磁干擾小等。一般的 PLC都能滿足要求。 攀枝花學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 5 頁 （五） 是否在線編程 液壓動(dòng)力滑臺(tái)的動(dòng)作過程比較固定，不需要在線生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)試、修改程序 因此，不需要在線編程 。 終合上述： II/O點(diǎn)數(shù)為 32點(diǎn) ，用戶存儲(chǔ)容量小，使用的指令主要是邏輯指令、運(yùn)算指令和功能指令；液壓動(dòng)力滑臺(tái)的動(dòng)作過程比較固定，環(huán)境條件較好，控制過程不復(fù)雜； 因?yàn)橐簤簞?dòng)力滑臺(tái)過程控制是開關(guān)量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，而且控制速度不高 ,在液壓動(dòng)力滑臺(tái)過程控制中沒有模擬量輸入，也沒有比較環(huán)節(jié)等，因此不需要A/D轉(zhuǎn)換功能， PID調(diào)節(jié)功能，閉環(huán)控制功能，通信聯(lián)網(wǎng)功能； 液壓動(dòng)力滑臺(tái)過程控制對 PLC 的處理速度要求不高，允許執(zhí)行一條基本指令的時(shí)間不超過 0.5us；不需要采用高速響應(yīng)模塊。因此選用整體式結(jié)構(gòu)的小型三菱 PLC-FX-2N機(jī)型 。 三 熟悉小型三菱 PLC-FX-2N 機(jī)型一般技術(shù)指標(biāo) （一） 硬件指標(biāo) 環(huán)境 溫度 0 55 環(huán)境 濕度 35 89 RH(不接露 ) 抗振 JIS C0911標(biāo)準(zhǔn) 10 55Hz 0.5mm(最大 ZG) 3軸方向各 3次 抗沖擊 JIS C0912標(biāo)準(zhǔn) 10G 3軸方向各 3次 抗燥聲干擾 用噪聲仿真產(chǎn)生電壓為 1000Vp，噪聲脈沖寬度為，脈沖頻率為 30 100的噪聲，在此噪聲干擾下 PC工作正常 耐壓 AC 1500V 1min 各端子與接地端之間 絕緣 電阻 5000 歐 以上 接地 第 3種接地。不能接地時(shí)，亦可懸空 使用 環(huán)境 禁止腐蝕性氣體，嚴(yán)禁塵埃 攀枝花學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 6 頁 （二） 軟件指標(biāo) FX-2N 可編程控制器的各項(xiàng)軟件指標(biāo) 項(xiàng)目 性能指標(biāo) 注釋 操作控制方式 反復(fù)掃描程序 有邏輯控制器 LSI執(zhí)行 I/O刷新方式 批處理方式 (在 END指令執(zhí)行時(shí)成批刷新 ) 有直接 I/O指令及輸入濾波器時(shí)間常數(shù)調(diào)整指令 操作處理時(shí)間 基本指令 :0.74us/步 功能指令 :幾百微妙 /秒 輸入繼電器 DC輸入 24V DC,7Ma,光電隔離 X0 X177(8進(jìn)制 ) I/O 電數(shù)一共 128點(diǎn) 輸出繼電器 繼電器 250AVAC,30V DC,2A(電阻負(fù)載 ) Y0 Y177(8進(jìn)制 ) 雙向晶閘管 242 AC,0.3A/點(diǎn) ,0.8A/4點(diǎn) 晶體管 30V DC,0.5A/點(diǎn) ,0.8A/4點(diǎn) 輔助繼電器 通用型 M0 M499(500點(diǎn) ) 范圍可通過參數(shù)設(shè)置來改變 鎖存型 電池后備 (保持 ) M500 M1023(524點(diǎn) ) 特殊型 M8000 M8255(256點(diǎn) ) 攀枝花學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 7 頁 四 I/O 模塊 （一） 輸入 電壓 PLC自帶的輸入口電源一般為直流 24V.輸入口每一點(diǎn)的電流定額一 7mA,這個(gè)電流是輸入口短接時(shí)產(chǎn)生的最大電流 (端口本身純存在阻抗 ).當(dāng)輸入口上接有一定阻抗的負(fù)載時(shí) ,其流過的電流就要減少 ,PLC 輸入口信號(hào)傳遞所需的最小電流一般為2mA 左右 ,這樣就規(guī)定了輸入口接人的最大阻抗 .為了保障最小有效電流 ,輸入口所接器件的總阻抗要小于 2000 歐 .從另一方面說 ,輸入口機(jī)內(nèi)電源功率一般只有幾瓦 ,當(dāng)輸入口所接的傳感器所需功耗較大時(shí) ,需另配專用電源供電 . 工作電壓采用直流電壓 24V，因?yàn)檩斎胄盘?hào)與 plc 輸入模塊距離較近， 不超 過六米。 （二） 輸出方式 的確定 輸出模塊的任務(wù)是將 PLC 內(nèi)部低電平的控制信號(hào)，轉(zhuǎn)換為外部所需電平的輸出信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、雙向晶閘管輸出、達(dá)林頓晶體管輸出。這幾種輸出形式均有各自的特點(diǎn)，用戶可根據(jù)系統(tǒng)的要求加以確定。 繼電器輸出價(jià)格便宜，使用電壓范圍廣通電壓降小，承受瞬時(shí)過電壓和過電流的能力 較強(qiáng)，且有隔離 作用。但繼電器有觸 點(diǎn)；壽命較短，且響應(yīng)速度較慢 ，適用于動(dòng)作不頻繁的 交直流負(fù)載。當(dāng)驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)，最大操作頻率 不得超過 IHz。 雙向晶閘管輸出 （交流）和達(dá)林頓晶體管輸出（直流都屬干無觸點(diǎn)開關(guān)輸出，適用于通斷頻繁的感性負(fù)載。感性負(fù)載在斷開瞬間會(huì)產(chǎn)生較高的反向電壓，必須采取抑制措施。另外這兩種形式的輸出均不具備明確的輸出開關(guān)斷點(diǎn)，因此對于有此要求的使用場合會(huì)受到限制。因此采用繼電器輸出 。 輸出電流的選擇：模塊的輸出電流必須大于負(fù)載電流的額定值如果負(fù)載電流較大，輸出模塊不能直接驅(qū)動(dòng)時(shí)，應(yīng)增加中鍵放大環(huán)節(jié)。對于電容性負(fù)載、熱敏電阻負(fù)載，考慮到接通時(shí)右沖擊電流，要留有足夠的裕量。 允許同時(shí)接通的輸出點(diǎn)數(shù)：在選用輸出模塊時(shí)，不但要看一個(gè)輸出點(diǎn)的 驅(qū)動(dòng)能力，還要看整個(gè)輸出模塊的滿負(fù)載能力即輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的總電流值不得超過模塊規(guī)定的最大允許電流。 攀枝花學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 8 頁 五 PLC 接線圖及元件選擇 （一） PLC 接線圖 （二） 熔斷器的選擇 為了保護(hù)電路（短路保護(hù)）需要有熔斷器 FU,選擇的依據(jù)是熔體的額定電流 IR攀枝花學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 9 頁 等于 PLC 輸出口正常工作時(shí)， COM 端電流最大值 I（ I=2A）的（ 1.1 1.3）倍，取I=1.2I=1.2 2=2.4A。 所以選擇 RL1-15，熔體額定電流等級(jí)為 2.4A。 （三） 電磁鐵的選擇 選擇交流電磁鐵 MQ1-1.5N,額定吸力 15N，額定 行程 20mm，額定交流電壓 220V。電流約為 0.5A （四） 按鈕開關(guān)的選擇 本系統(tǒng)的按鈕開關(guān)是短時(shí)切換小電流控制電路的開關(guān)。 停止按鈕用紅 的，起動(dòng)按鈕用黃色的；停止按鈕 LAY8，額定電壓為 24V，額定電流為 1.1A， 起動(dòng)按鈕 LAY8，額定電壓為 24V，額定電流為 1.1A，不具有自鎖作用。 （五） 組合開關(guān)的選擇 選擇 LW22系萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)，額定電壓為 24V，額定電流為 1.4A， 四極 （六） 行程開關(guān)的選擇 根據(jù)加工概況，可以 選擇 普通 JW2-11B直動(dòng)滾輪 行程開關(guān)。 六 輸入輸出口及端口設(shè)備的安全保護(hù) PLC 輸入口電壓定額一般為接有直流 24V。有一些輸入口是不接電源的 (如感性元件兩端加接保護(hù)元件 .對于直流電源 ,應(yīng)并三菱系列 )輸出口的電壓定額常接工頻低壓交流電源和直流電源 . .當(dāng)輸入口端連接電感類設(shè)備時(shí) ,為了防止電路關(guān)斷時(shí)刻產(chǎn)生高電壓對輸入輸出口造成破壞 ,應(yīng)在接續(xù)流二極管 ,對于交流電路應(yīng)并接阻容電路 .阻容電路中電阻可取 51120歐 ,電容可以取 0.10.47uF.電容的額定電壓應(yīng)大于電源的峰值電源 ,續(xù)流二極管可以選 1A的管子 ,其額定電壓應(yīng)大于電源電壓的 3倍。 為了保護(hù)電路（短路保護(hù)）需要有熔斷器 FU,選 擇的依據(jù)是熔體的額定電流 IR等于 PLC 輸出口正常工作時(shí)， COM 端電流最大值 I（ I=2A）的（ 1.1 1.3）倍，取I=1.2I=1.2 2=2.4A。 所以選擇 RL1-15，熔體額定電流等級(jí)為 2.4A， 經(jīng)計(jì)算電磁鐵兩端連接的電阻和電容分別為 70歐， 0.30微法 。 攀枝花學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 10 頁 下面是端子分配表 七 PLC 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) （一） 程序設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作 了解系統(tǒng)概況，形成整體概念。 因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求是 工作進(jìn)給的液壓動(dòng)力滑臺(tái)的 PLC控制系統(tǒng)。要求能 手動(dòng)控制與自動(dòng)控制。手動(dòng)控制能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)，工進(jìn)，快進(jìn)， 快退及無條件返回，而自動(dòng)控制能實(shí)現(xiàn)單步，單周期和連續(xù)操作。電機(jī)工作參數(shù)為： 動(dòng)力頭電機(jī) M1 計(jì)算功率 11KW 供電電壓 380V 工作電流 19.9A 同步轉(zhuǎn)速 1450； 液壓泵操作方式 對應(yīng)按鈕 起動(dòng) X200 SB1 停止 X205 SB2 手動(dòng)操作 X206 SA1-1 自動(dòng) 單步 X207 SA1-2 單周期 X210 SA1-3 連續(xù) X211 SA1-4 手動(dòng)操作 方式選擇 快進(jìn) X214 SA2-1 工進(jìn) X212 SA2-2 暫停 X213 SA2-3 快退 /返回 X215 SA2-4 點(diǎn)動(dòng) X200 SB1 行程 開關(guān) 工進(jìn) X201 ST2 暫停 X202 ST3 快退 X203 原位停 X204 ST1 輸出 快進(jìn)電磁 鐵 Y230 YA1 Y231 YA3 快進(jìn)燈 Y330 HL1 工進(jìn)電磁 鐵 Y230 YA1 工進(jìn)燈 Y331 HL2 快退 電磁鐵 Y232 YA2 快退燈 Y332 HL3 攀枝花學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 11 頁 電機(jī) M2 計(jì)算功率 1.1KW 電壓 380V 工作電流 2.67A 同步轉(zhuǎn)速 1450；冷卻 泵電機(jī) M2計(jì)算功率 0.15KW供電 電壓 380V工作電流 0.43A同步轉(zhuǎn)速 2790。 工作狀態(tài)如下圖 YA1 YA2 YA3 快進(jìn) + - + 工進(jìn) + - - 暫停 + - 快退 - + - （二） 設(shè)計(jì)程序流程圖 使用的指令主要應(yīng)包括邏輯指令、運(yùn)算指令和功能指令 ， 現(xiàn)給出 PLC 程序流程圖 攀枝花學(xué)院課程設(shè)計(jì) 第 12 頁 （三） 程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了 便于編程先繪出整個(gè)控制程序的機(jī)構(gòu)框圖， 在該結(jié)構(gòu)框圖中，當(dāng)操作方式選擇開關(guān)置于“手動(dòng)”時(shí) X206=1，使 CJP700斷開，不跳轉(zhuǎn)而 順序 執(zhí)行 CJ 下面 程序。此時(shí)，由于 X207， X210， X211=0，不執(zhí)行 單步，單周期和連續(xù)操作程序 。當(dāng)操作開關(guān)至于“單步”，單周期或連續(xù)時(shí) X207， X210， X211之一為 1， X206=1使 CJ不斷開， 跳轉(zhuǎn)（此時(shí)， X206=1，手動(dòng)程序被跳轉(zhuǎn)），執(zhí)行自動(dòng)程序。 在執(zhí)行自動(dòng)程序時(shí)，如操作選擇開關(guān) ” 連續(xù) ” ，使 X211=1，儲(chǔ)程序自動(dòng)反復(fù)循環(huán)。操作開關(guān)置于“單步”時(shí) ， X207=1，程序也可循環(huán)，但必須是沒按一次按鈕執(zhí)行一步。若操作開關(guān)置于“單周期”， X211=1，程序執(zhí)行完一周期自動(dòng)在原位停。 由于手動(dòng)程序和自動(dòng)程序采用的 跳轉(zhuǎn)指令，因而在這兩個(gè)程序段中可以采用同樣一套輸出繼電器。 （四） 編寫程序 手動(dòng)操作可按一般繼電器控制線路來設(shè)計(jì)。各運(yùn)動(dòng)選擇均用啟動(dòng)按鈕點(diǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。選擇工進(jìn)時(shí) X212=1，只接通 Y230； 選擇快進(jìn)時(shí) X214=1，應(yīng)使 Y230 和 Y231 同時(shí)接通 .快進(jìn)和工進(jìn)都采用快退的轉(zhuǎn)換信號(hào) X215 常閉觸點(diǎn)作限位保護(hù)，所以在 Y230和 Y231的電路中串入了 X215的常閉觸點(diǎn)。同理，快退用 X203作限位保護(hù)。進(jìn)，退的連鎖用 Y232和 Y231 的常閉觸點(diǎn)相互串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。 梯形圖見附錄三， 指令程序 見附錄四。 （五） 程序測試 經(jīng)過 電路 雙 線圈 檢查和電路錯(cuò)誤檢查，語法錯(cuò)誤檢查后都正確無誤。經(jīng)系統(tǒng)仿真滿足液壓動(dòng)力滑臺(tái)的各種動(dòng)作要求。 八 其它外圍